新型混合装配式混凝土剪力墙研究进展_汤磊
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DOI ：10. 7672/sgjs2016160006
施工技术
CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY 2016年8月下第45卷第16期
新型混合装配式混凝土剪力墙研究进展
112郭正兴，朱张峰汤磊，
*
（1. 东南大学土木工程学院，江苏南京210096；2. 南京工业大学土木工程学院，江苏南京211800）［摘要］新型混合装配式混凝土剪力墙综合应用了无粘结预应力压接技术、普通钢筋局部无粘结浆锚搭接技术以及扣接封闭箍筋技术，具有良好的变形恢复能力、耗能能力及延性。介绍了新型混合装配式混凝土剪力墙构造与工作机理，讨论了相关研究进展，并对其后续研究进行了展望。［关键词］装配式；混凝土；剪力墙；混合装配；试验［中图分类号］TU398. 2
［文献标识码］A
［8498（2016）16-0006-03文章编号］1002-
ＲesearchDevelopment of New Hybrid Precast Concrete Shear Walls
Tang Lei 1，Guo Zhengxing 1，Zhu Zhangfeng 2
（1．School of Civil Engineering ，Southeast University ，Nanjing ，Jiangsu 210096，China ；2．College of Civil Engineering ，Nanjing University ，Nanjing ，Jiangsu 211800，China ）
Abstract ：New hybrid precast concrete shear walls （NHPW ）utilize the unbonded post-tensioned tendons ，lap-splice grout vertical connecting reinforcements ，and the overlapping welded closed stirrups．NHPW possesses good deformation restorability ，energy dissipation capacity and ductility to emulate the cast-in-place monolithic shear wall in seismic performance．The configuration ，working mechanism and test research results were discussed and suggestions were then put forward．Key words ：precast ；concrete ；shear walls ；hybrid connection ；testing 许多欧美国家面临严重的房二次世界大战后，
屋短缺问题。为解决房荒问题，欧、美、日等地区和国家开展了对装配式混凝土结构的研究与应用探索。对装配式混凝土结构开展的研究工作，最早可追溯到20世纪90年代开始的由美国和日本联合发起的装配式混凝土结构抗震性能研究项目PＲESSS（precast seismic structural systems ）［1］。针对预制混KHALED A SOUDKI 等人［2-3］对采用普凝土剪力墙，
通钢筋连接（mild steel connection ）与后张预应力压接（prestressed connection ）的预制混凝土剪力墙竖向连接节点开展了低周反复荷载作用下的对比试验研究。
近年来，我国大力倡导“绿色建筑及建筑工业，“四节一环保”化”积极推行可持续发展战略，装配式混凝土结构开始成为行业研究热点，其中，适用于住宅建筑的装配式混凝土剪力墙结构得到了更广泛的关注，积累了大量试验研究成果。国内诸多
*“十二五”国家科技支撑计划项目（2011BAJ10B03）；江苏省高校自然科学研究面上项目（13KJB560005）［作者简介］汤磊，E-mail ：liuyinyin2005@163．com 博士研究生，［收稿日期］2016-04-21
学者对基于竖向钢筋套筒灌浆连接、插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接及金属波纹管留孔钢筋浆锚搭接连接的装配式混凝土剪力墙进行了抗震性能试
［4-6］［7］。同时，验研究装配式大板结对双板墙、
［9］
、半预制钢筋混凝土叠合墙、自复位剪力［10］
墙等进行了试验研究。另外，国家行业标准《装
构
［8］
配式混凝土结构技术规程》JGJ1—2014
［11］
的颁布
实施为装配式混凝土结构在我国的发展与应用提供了直接技术支撑。
由于装配式混凝土结构的研发在我国尚处于起步阶段，因此，当前在装配式结构构造与设计过程中普遍推行的是“等同现浇”理念。但是与现浇结构相比，既有的装配式混凝土结构尚存在以下问题：①由于预制混凝土构件间拼缝的存在，造成混凝土不连续，混凝土抗裂性能不能得到发挥，从而导致构件/结构开裂较早；②拼缝位置混凝土受力较为集中，若混凝土得不到良好约束，易造成混凝土提前压溃，从而影响构件的承载力及变形能力；③受力钢筋连接技术导致的潜在薄弱面或薄弱部位的存在，将影响构件乃至结构的抗震性能。
［12］
新型混合装配式混凝土剪力墙（NHPW ）将
2016No．16汤磊等：新型混合装配式混凝土剪力墙研究进展7
普通钢筋局部无综合应用无粘结预应力压接技术、
粘结浆锚搭接技术及扣接封闭箍筋技术，通过后张无粘结预应力筋提供的预压应力提高构件抗裂性能，通过拼缝附近普通钢筋局部无粘结改善拼缝处混凝土的受力状况，通过扣接封闭箍筋约束剪力墙边缘构件混凝土，同时改进钢筋连接性能。新型混合装配式混凝土剪力墙可有效解决当前装配式混凝土剪力墙存在的技术问题，进一步实现“等同现浇”性能，同时，可在一定程度上发挥自复位剪力墙的变形恢复能力，在我国具有广泛的研究与应用前景。
1NHPW 的构造
NHPW 集成了无粘结预应力压接技术、普通钢筋局部无粘结浆锚搭接技术以及扣接封闭箍筋技术，其基本构造如下（见图1a ）。1）在剪力墙中部设置无粘结预应力筋，预应力筋可采用钢绞线或预应力螺纹钢筋。
2）剪力墙竖向钢筋仍然采用金属波纹管浆锚搭接连接技术，但在水平拼缝附近通过包裹塑料膜或外套PVC 套管实现局部无粘结。
3）剪力墙边缘构件采用扣接封闭箍筋代替传统的复合箍筋，其由焊接封闭箍筋围绕剪力墙竖向钢筋相互扣搭形成，其构造如图1b 所示
。
通长无粘结，确保了预应力筋始终处于弹性受力状
态，同时保证其伸长量满足构件较大侧向变形需求。2）浆锚搭接普通钢筋仍是提供构件抗力的主体，即主要依靠普通钢筋保证NHPW 的抗弯、抗剪承载力，同时，通过其拉、压屈服实现构件耗能能力。另外，普通钢筋良好的塑性性能，保证了NHPW 的延性。在水平拼缝上方一定范围内设置局部无粘结段，可使混凝土开裂面上移，避开水平拼缝，同时，避免钢筋应力集中及低周疲劳破坏。也可增大钢筋总变形量，提高NHPW 变形能力。3）扣接封闭箍筋主要依靠闪光对焊封闭箍筋的连续受力性能及较小的肢径比，增强箍筋对核心混凝土的约束能力，改善水平拼缝附近剪力墙边缘构件混凝土的强度、变形能力及延性。3
NHPW 试验研究
根据图1所示NHPW 构造，并结合NHPW 工作机理，可以发现，影响NHPW 抗震性能的主要参数包括无粘结预应力筋截面面积、预应力值、浆锚钢筋无粘结长度等。
目前，针对上述关键参数对NHPW 抗震性能的影响，已初步完成了NHPW 系列试验，所完成的NHPW 试件参数如表1所示。其中，由于预应力钢筋仅考虑直径15. 24mm 的1860MPa 级钢绞线，预应力筋面积以其根数体现。试验实测关键数据如表2所示。
表1
Table 1
编号NHPW1NHPW2NHPW3NHPW4NHPW5
预应力筋根数4324444
初始预应力/MPa [***********]0930
NHPW 试件参数
初始预浆锚钢筋拉力/无粘结长kN 度/mm520．8312．5312．5416．6312．5520．8520．8
[***********]150
Parameters of NHPW specimens
备注基准模型
预拉力不变，预应力筋根数变化预应力筋根数不变，预应力变化浆锚钢筋无粘结长度变化
图1Fig．1
NHPW 构造示意
NHPW6NHPW7
Configuration of NHPW
2NHPW 工作机理
由于NHPW 采用了基于预应力筋与普通钢筋
的混合连接方法，在地震作用下其受力与变形特性与钢筋混凝土剪力墙有一定区别。NHPW 在水平荷载作用下的工作机制简述如下。
1）布置在墙肢中部的无粘结预应力筋，主要通过预张拉形成的预压应力改善NHPW 水平拼缝截面的抗裂性能，同时，依靠预应力筋在大位移状态下较高的弹性恢复力，减小NHPW 水平荷载卸载后残余变形，降低震后修复困难。另外，预应力筋的
初步得到以下结论。根据试验结果，
1）NHPW 试件均为弯-剪破坏形态，但和现浇试件相比也有所区别，个别试件的对比照片如图2所
示。NHPW 由于设置了无粘结段，墙体两端距底座顶面一定高度范围内（150 300mm ）无裂缝出现，裂缝水平段较短而斜裂缝倾角更大，破坏范围更为集中于拼缝附近，破坏程度也较轻。
2）对于承载力特性，随着无粘结预应力筋面积的增大，试件屈服荷载与峰值荷载均有所提高，而对开裂荷载无明显影响；随着无粘结预应力筋预拉
8
表2
Table 2
试件现浇NHPW1NHPW2NHPW3NHPW4NHPW5NHPW6NHPW7
开裂荷载/kN[***********]300300
屈服荷载/kN[***********]575500
峰值荷载/kN[***********]794864
施工技术
NHPW 试件试验数据
屈服刚度/（kN ·mm －1）23. 6228. 2828. 7126. 4427. 2426. 5825. 2330. 95
位移延性
系数2. 8752. 5353. 0203. 1452. 8702. 9602. 5252. 930
最大等效黏滞阻尼系数0. 093980. 069540. 086250. 088930. 077870. 084810. 058360. 08881
第45卷
Measured data of NHPW specimens
弹性刚度/（kN ·mm －1）34. 5440. 6841. 9439. 9138. 9237. 4437. 9037. 58
最大残余变形
绝对值/mm
49. 0335. 1239. 9548. 8236. 3339. 2734. 0141.
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可具有与现浇剪力墙等同的抗震性能，作为装配式混凝土剪力墙的一种重要形式，可在我国广泛地推广应用。同时，尚应在已完成试验的基础上，进一步研究无粘结预应力筋材料（可采用预应力螺纹钢）、预应力筋布置（可在截面上分散布置）、浆锚钢筋无粘结长度等对NHPW 抗震性能的影响规律，寻求NHPW 的最优构造方案，同时，应注重建立其配套的分析与设计方法，为其工程应用提供技术支撑。
图2
Fig．2
试件破坏形态对比
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Comparison of failure modes of test specimens
力提高，对开裂荷载有明显影响，开裂荷载线性增
大，对屈服荷载与峰值荷载无明显影响；随着浆锚钢筋无粘结长度的增大，试件屈服荷载逐渐增大，峰值荷载逐渐降低，而开裂荷载无明显影响。3）对于刚度特性，随着无粘结预应力筋面积的增大，试件弹性刚度与屈服刚度均先增后降；随着无粘结预应力筋预拉力提高，试件弹性刚度与屈服刚度均逐渐提高；随着浆锚钢筋无粘结长度增大，试件弹性刚度先增后降，屈服刚度则始终呈下降趋势。
4）对于延性性能，无粘结预应力筋面积的减小可提高试件位移延性；提高无粘结预应力筋预拉力，将降低试件位移延性系数；浆锚钢筋无粘结长度的增大，将减小试件位移延性系数。
5）对于耗能能力，无粘结预应力筋面积的增大，试件等效黏滞阻尼系数减小，试件耗能能力降低；无粘结预应力筋预拉力增大，试件耗能能力降低；浆锚钢筋无粘结长度增加，试件耗能能力影响较大。
6）对于最大残余变形绝对值，各NHPW 试件的最大残余变形绝对值均基本小于现浇试件，且无粘结预应力筋面积增大，试件最大残余变形绝对值明显减小；无粘结预应力筋预拉力增大，试件最大残余变形绝对值有所减小；浆锚钢筋无粘结长度增加，试件最大残余变形绝对值减小。4结语
初步试验研究结果证明了合理构造的NHPW